Nanotecnologia en El Rubro Textil

 

 

Escuela de Ingeniería Mecatrónica

Nanotecnología en el rubro textil Informe Preliminar Autores:  Gutiérrez Espinoza, Diego Alexandre Profesor : Ing. Roberto Furukawa

Mayo del 2018

20130018A

 

INDICE

INDICE ................................................................................................................... 2 1. MARCO TEÓRICO .............. ........................... .......................... .......................... .......................... .......................... ........................ ........... 3 1.1. Nanotecnología .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... ........................ ........... 3 1.2. El rubro textil ......................... ............ ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... ................. 3 2. CONTEXTO LOCAL ............ ......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ........................ ........... 4 2.1. Obtención a niv nivel el indu industrial strial de nanopartículas de óxido de cobre cobre (C (CuO) uO) a partir de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O) y su aplicación en tejidos textiles como actividad antimicrobiana .................................................... 4 2.2. Estudio experimental del acabado antimicrobiano textil con nanopartículas: obtención, aplicación y control......................... ............ .......................... .......................... ............. 5 2.3. Obtención de textiles antimicrobianos funcionalizados in situ con nanopartículas de óxido de cobre por el método de agotamiento ....................... ............ ........... 5 3. ESTADO DE LA TECNOLOGÍA ........................... ............. ........................... .......................... ......................... ................. ..... 6 4. ESTADO DE INVESTIGACIÓN ............ ......................... .......................... ........................... .......................... ................... ....... 9 5. BIBLIOGRAFÍA .......................... ............. .......................... ........................... ........................... .......................... .......................... ................. 10 

 

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Nanotecnología Es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, es decir que son medidas extremadamente pequeñas que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos, para así poder diseñar, modelar y crear estructuras diminutas y precisas. Cuando se manipula la materia, a escala tan minúscula de átomos y moléculas, ella demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. La nanotecnología es usada para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y de bajo costo, con propiedades únicas.

1.2. El rubro textil La primera revolución industrial es un periodo histórico que se desarrolló entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del siglo XIX en Gran Bretaña principalmente, y luego en el resto de los países europeos. Tuvo una importancia significativa ya que representó relevantes transformaciones y cambios socioeconómicos, tecnológicos, y culturales en la historia del hombre. La industria textil fue entonces la primera en desarrollarse durante el proceso, ya que la industrialización permitió el paso progresivo de una producción textil artesanal (realizada en el ámbito doméstico, con uso de herramientas y maquinarias muy sencillas) a grandes fábricas con decenas de telares movidos con energía hidráulica por medio de máquinas a vapor. En la actualidad el impulso a las innovaciones nanotecnológicas en materiales textiles cabalga sobre un concepto clave: Nanopartículas. Estas unidades son más grandes que los átomos y las moléculas. No obedecen a la química cuántica, ni a las leyes de la física clásica, y poseen características propias.

 

2. CONTEXTO LOCAL El país tampoco ha sido ajeno al desarrollo, investigación y divulgación de la nanotecnología, muestra de esto ha sido la realización del Simposio Peruano de “

Nanotecnología , siendo su última edición en el año 2016, con participación de ”

distintas universidades (UNI, UNAC, UNMSM, ESAN, PUCP), así como también del CONCYTEC y la Sociedad Química del Perú. Sin embargo el desarrollo de la investigación y aplicación de la nanotecnología en el rubro textil, está siendo de muy poco desarrollo desde el punto de vista científico, muestra de esto es la escasa cantidad de publicaciones, artículos, papers y tesis existentes que aborden el tema de la nanotecnología en el rubro textil en el Perú. Hasta la fecha se ha podido encontrar referencias de tres tesis de grado de Ingenieros Químicos, todos desarrollados en la Universidad Nacional de Ingeniería.

2.1. Obtención a nivel industrial de nanopartículas de óxido de cobre (CuO) a partir de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O) y su aplicación en tejidos textiles como actividad antimicrobiana La tesis trata de la obtención de nanopartículas de óxido de cobre a partir de sulfato de de cobre pentahidratado en ssolución olución básica, para aprovechar las propiedades antibacterianas, eléctricas y de fotocatalizador del cobre. El método empleado para la síntesis es el de precipitación química rápida. Las nanopartículas de óxido de cobre obtenidas son caracterizadas estructural, morfológica y microbiológicamente. Luego se realizó la aplicación de las nanopartículas de óxido de cobre sobre textiles usando el método tradicionalmente usado en la industria textil, el proceso de impregnación sobre tejido seco. Las muestras textiles impregnadas con el antimicrobiano, se sometieron a un análisis microbiológ microbiológico ico para evaluar su capacidad capacidad antimicrobian antimicrobiana a frente al ataque de bacterias como la Escherichia coli

 

Por último se realizó la propuesta del diseño de un proceso a nivel industrial para la producción de nanopartículas de óxido de cobre (CuO) mediante un escalamiento a partir de la síntesis llevada a cabo en laboratorio a partir de sulfato de cobre pentahidratado, además de un estudio de impacto ambiental y socioeconómico en la obtención del producto.

2.2. Estudio experimental del acabado antimicrobiano textil con nanopartículas: obtención, aplicación y control El tema de tesis es la investigación y desarrollo de un producto de acabado textil con propiedades antimicrobianas a base de nanopartículas de ZnO2, para lo cual se realizaron diversos análisis como: síntesis, caracterización estructural y morfológica, solideces, pruebas físicas y enfrentamientos microbiológicos. Este trabajo fue presentado en el segundo Simposio Peruano de Nanotecnología.

2.3. Obtención de textiles antimicrobianos funcionalizados in situ con nanopartículas de óxido de cobre por el método de agotamiento La tesis comprende las etapas desarrolladas para la obtención o btención de un material textil con propiedades antimicrobianas gracias a la funcionalización del mismo con nanopartículas de óxido de cobre y cuya manufactura haya sido realizada con fibras 100% algodón. Se hace un estudio antimicrobiano del cobre como agente externo a los textiles. Y también se realiza un estudio a escala industrial para su procesamiento y producción.

 

DE LA TECNOLOGÍA 3. ESTADO DE En el rubro textil, se han desarrollado gracias a la nanotecnología las nanofibras, nanocompositos,

nanopolímeros,

nanohilos,

nanotubos,

nanocolorantes,

nanoaditivos para antioxono, antiluz, etc. Las industrias textiles a través de las fibras fueron las primeras en aplicar con éxito estos avances, dando a los consumidores prendas innovadoras en el vestido, calzado o accesorios dotados con sensores microelectrónicos lográndose lográndose dar confort al ser humano. Por lo tanto t anto en la cadena que conforman a la ingeniería textil (fibra-textil-acabadosconfección) se han dado distintos grados de desarrollo, tales como: fibras, hilatura-tejidos y acabados.

3.1. Nanotecnología en Fibras Las nuevas fibras poseen una mayor capacidad de absorción con respecto a las fibras sintéticas, ya que están compuestas por gran cantidad de nanocapas que retienen la humedad con mayor facilidad. Las nanofibras presentan diferentes funciones tales como: absorción de rayos ultravioleta, propiedades antivirales, antibacteriales, anti-olor y retrasantes de flama. Su tamaño es extremadamente pequeño debido a que una nanofibra de polímero posee alrededor de 50 y 500 nanómetros. Como nanotextiles, se han desarrolado nanofibras de polímeros que pueden ser estirados hasta un 1.500%, cuando, comparativamente, los hilos sintéticos normales sólo pueden ser estirados hasta un 600%. La técnica de fabricación de las nanofibras para la industria textil es muy simple y podrán ser fabricadas en cualquier laboratorio.

3.2. Nanotecnología en Hilatura y Tejidos Se emplea el uso de nanotubos de carbono cuyas nanopartículas controlan con mayor facilidad la liberación de fragancias, biocidas y fungicidas sobre los tejidos.  Además previenen la proliferación de bacterias y absorben los olores. Para incrementar las funciones del nanotejido se suele aplicar el método de nanoencapsulación, que consiste en el agregado de micro-cápsulas a los tejidos que están formados por una membrana externa, compuesta por materiales poliméricos, y un núcleo que contiene la materia activa, que se libera por rotura de

 

la cápsula o por permeabilidad de la misma. Conforme la persona va moviéndose, estas cápsulas se van rompiendo y el producto que está en su interior, ya sea hidratante, colorante o aromático va liberándose paulatinamente. Hay ciertas telas que poseen micro-cápsulas de parafina, cuya función consiste en mantener una temperatura constante. Esto es posible porque la parafina es apta para cambiar de estado, es decir de líquido a sólido o viceversa, lo que significa que si una persona se encuentra al aire libre con temperaturas muy bajas y lleva consigo una campera con micro-cápsulas, por acción de las mismas se mantiene una temperatura corporal de 20ºC. En caso contrario (calor- temperaturas muy altas) la campera continúa en unos 20ºC, permitiéndole a la persona disfrutar de una temperatura agradable. Este tipo de prendas son utilizadas en Europa donde casi el 100% de las camperas están constituidas con micro-cápsulas. Cabe destacar que además las mismas contienen sustancias colorantes que reaccionan con la temperatura cambiando los colores de la indumentaria, permitiendo obtener colores puros y brillantes a partir del uso de nanocristales.

3.3. Nanotecnología en Acabados En el acabado de los textiles también se utilizan nanopartículas ubicadas en la superficie como monocapas, dando lugar a la formación de tejidos inteligentes con propiedades multifuncionales, como la resistencia ultravioleta, repelencia a líquidos, con propiedad anti-arrugas, anti-bacterianas. Por lo tanto, los textiles inteligentes son capaces de experimentar cambios frente a los estímulos del exterior o de brindar una respuesta conforme a las necesidades que manifieste el usuario. Generalmente la mayoría de ellos están relacionados directamente con la microelectrónica, por esto, en el mercado es cada vez más frecuente la presencia de chalecos que avisan cuando se acerca una bala o hacen sonar una alarma ante diferentes situaciones de peligro, de sacos que tienen instalado una cámara que se encarga de reflejar en la parte delantera lo que sucede en la posterior, volviéndose casi invisibles; de camisetas que miden la presión arterial y el ritmo cardíaco, y finalmente, de camperas con las que se puede programar una agenda.

 

Son de gran utilidad para los deportistas ya que la ropa no se ensucia y absorbe por completo la transpiración, otorgarles comodidad, evitando el sudor y los malos olores a la hora del juego. Ciertas marcas de indumentaria deportiva emplean la nanotecnología, por ejemplo Dockers, Nike y Ralph Lauren que aplican la propiedad de auto-limpieza inducida por recubrimientos de nano-TiO2/nanoZnO. En este caso Tiger Woods, es el primer atleta del mundo en utilizar ropa deportiva con nanotecnología. Por lo tanto algunas propiedades de materiales compuestos por nanotecnología son las siguientes: antimicrobianos (no permiten desarrollar olor a transpiración) anti-ácaros (para alérgicos), anti-UV (protector solar), luminiscencia (para seguridad), reflectancia (permite desarrollar indumentaria que por sus propiedades de camuflaje logra mimetizarse con el medio exterior), auto-limpiante (impide que penetren las manchas), micro-encapsulado (para mantener la temperatura corporal) y materiales que respiran (impermeables al agua pero permeables para eliminar la transpiración

 

4.  ESTADO DE INVESTIGACIÓN

 Actualmente me encuentro encuentro en la revisión de los siguientes pa papers. pers. 1. Triboelectric Nanogenerator Nanogenerator Built Inside Clothes Clothes for Self-powered Glucose Biosensors - (Hulin Zhang, Ya Yang, Te-Chien Hou, Yuanjie Su, Chenguo Hu, Zhong Lin Wang) 2. Cotton fibers nano-TiO2 composites prepared prepared by as-assembly process and the photocatalytic activities (J.H. Xia , C.T. Hsu, D.D. Qin) 3. Structural, morphological and optical properties of ZnO nanofibers (K. Thangavel a, A. Balamurugan b, T. Venkatachalam c, E. Ranjith Kumar)

4. Preparation and application of polymer nano-fiber dop doped ed with nano-particles nano-particles (Jin Li, Hanyang Li b, Haifeng Hua, Yong Zhao, Qi Wang) 5. Synthesis of nano copper/nylon copper/nylon comp composite osite using ascorbic acid acid and CTAB (Z. Komeily-Nia, M. Montazer, M. Latifi) 6. Nanofiltration of textile industry wastewater using a physicochemical process as a pre-treatment (A. Bes-Pi/t*, M.I. Iborra-Clar, A. Iborra-Clar, J.A. Mendoza-Roca, B. Cuartas-Uribe, M.I. Alcaina-Miranda) 7. Flexible fiber batteries for applications applications in smart textiles (Hang Qu, JeanJeanPierre Bourgeois, Bourgeois, Julien Rolland1, Rolland1, Alexand Alexandru ru Vlad)

 

 A 5.  BIBLIOGRAFÍ A

1. Obtención a nivel industrial de nanopartículas de óxido de cobre (CuO) a “

partir de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O) y su aplicación en tejidos textiles como actividad antimicrobiana - Condori Chambi, César ”

David y Vivas Palomaes, Darwin Jhony. http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/4996 http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/4996   2. Estudio experimental del acabado antimicrobiano textil con nanopartículas: “

obtención, aplicación y control - Román Mendoza, Luz Esmeralda.”

http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/4704 http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/4704   3. Obtención de textiles antimicrobianos funcionalizados in situ con “

nanopartículas de óxido de cobre por el método de agotamiento ”

 Amezquita Amesquita, Manuel Manuel Jesús http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/4993 4. Innovaciones nanotecnológicas en la industria textil - Agostina Lucía “

Quicchi, Fundación Argentina de Nanotecnolog Nanotecnología. ía.

”